Zubairi (2009) apresentou um esquema de agregação e transmissão de sinais vitais de pacientes através da rede 3G. Este esquema de agregação fez parte do projeto MEDTOC (Medical Data Transmission Over Cellular Network). O projeto era voltado para situações de desastre, em que diversos sinais dos pacientes em ambulâncias eram agregados e trans- mitidos através de rede celular para o hospital. Através de simulações no OPNET1, o autor verificou que os dados agregados dentre 4 a 16 pacientes podiam ser transferidos através da rede celular 3G em tempo real, preservando-se os requisitos mínimos de QoS para aplica- ções médicas, conforme a Tabela 3.1. Devido aos requisitos de amostragem dos biosinais, calculou-se uma reserva de largura de banda de 8900 bps por paciente. O número de pacien- tes monitorados no esquema MEDTOC foi limitado pela taxa de transmissão da tecnologia 3G (que opera com taxas de transmissões de 144 Kbps em ambientes móveis, 384 kbps em ambientes de pedestres e 2 Mbps em ambientes fixos) e a transmissão das amostras era ba- seada em um algoritmo no qual os dados eram transmitidos a cada dois minutos. O autor utilizou na simulação um fluxo de dados constante e, mesmo sem considerar critérios rigo- rosos de QoS, os sinais vitais foram transmitidos com sucesso.
Tabela 3.1: Requisitos de QoS para transmissão de biosinais (ZUBAIRI, 2009)
Sinal Frequência de amostra- gem (Hz)
Resolução (bits) Largura de banda (b/s)
ECG 500 16 8000
Pressão arterial 1 16 16
Pulso 2 16 32
Taxa de O2 50 16 800
Saturação do O2 2 16 32
Alguns autores em seus trabalhos, como por exemplo Bonho (2006) e Wolf (2007), apre- sentam requerimentos de QoS para transmissão de ECG compatíveis com os que foram uti- lizados por Zubairi (2009) em seus experimentos.
3.2
Transmissão de sinais vitais com provisão de QoS em
redes sem fio
No trabalho de simulação e modelagem em aplicações médicas de Vergados (2007), foi pro- posto um esquema de alocação de recursos para o provisionamento de QoS em telemedicina
3.2 Transmissão de sinais vitais com provisão de QoS em redes sem fio 31
móvel. Foram apresentadas técnicas de implementação de handover para provisionamento de QoS e um modelo de alocação de recursos introduzindo três classes de serviços: alta pri- oridade, média prioridade e baixa prioridade (cada classe era caracterizada pelo intervalo de chegada baseado em uma distribuição exponencial).
O modelo de sistema limitou o cenário a uma única célula e um número de usuários sem fio que circulavam dentro da célula. A célula servia aos usuários através da atribuição de um número de canais e cada usuário podia estabelecer conexões baseadas em critérios de prioridade. Os resultados da simulação mostraram as estatísticas do tráfego da rede, probabilidade de bloqueio de chamadas e atraso médio das três classes de prioridades do sinais emergenciais. Também foram utilizados três esquemas de handover:
1. Sem prioridade e sem degradação 2. Com prioridade e sem degradação 3. Com prioridade e com degradação
No primeiro esquema, quando chegava uma nova conexão, o número de canais disponíveis era avaliado. Se suficiente, a conexão era admitida, caso contrário a chamada era bloqueada. No segundo esquema, quando chegava uma nova conexão, se não havia canais suficientes, o sistema pausava as conexões com menor prioridade e liberava canais para as classes mais altas. No terceiro esquema, quando chegava uma nova chamada, se não havia canais sufici- entes, os canais de classes de menor prioridade eram reduzidos, liberando recurso para co- nexões de maior prioridade. Nesse último esquema, fixava-se um número mínimo de canais por prioridade. Os resultados do trabalho mostraram um melhor desempenho no esquema com prioridade e degradação, apresentando baixo bloqueio para classes com alta prioridade, além de ter preservado um nível baixo de atraso do tráfego das classes inferiores.
No trabalho de Niyato (2007) os autores apresentaram uma abordagem sobre aplicações de saúde em tecnologia de rede WiMAX, na qual destacaram algumas vantagens sobre outras tecnologias, como relacionadas à mobilidade, restrições de velocidade, suporte a handover etc. A Tabela 3.2 apresenta requisitos de QoS necessários para transmissão de alguns sinais de monitoramento médico, para os quais Niyato (2007) apontou a rede WiMAX como a tec- nologia mais indicada para transmissões de imagens e vídeos diagnósticos de alta qualidade.
3.2 Transmissão de sinais vitais com provisão de QoS em redes sem fio 32
Tabela 3.2: Requisitos de QoS para telemedicina (NIYATO; HOSSAIN; DIAMOND, 2007)
Tipo de sinal Descrição Largura de banda Atraso máximo Perda de pacotes
Audio Voz 25 Kbps 400 ms 3%
Som de diagnóstico 256 Kbps (MPEG-1) 300 ms 1% Vídeo Qualidade normal 10 Mbps (MPG-2) 400ms
Qualidade alta 5 Mbps (MPEG-4) 300ms Biosinais
ECG 24Kbps
Pulso 5Kbps 1s 0%
Pressão arterial 5Kbps
Arquivos imagem descompactada 40Mbps 0%
Imagem JPEG 19Mbps
Na sequência do trabalho, foi mostrado um esquema de alocação de recursos adaptativos e controle de admissão em uma BS WiMAX. A alocação de recursos era baseada em pri- oridade e o controle de admissão foi utilizado para reservar recursos para o fluxo de maior prioridade, definidos da seguinte forma: ambulância tinha alta prioridade, clínicas tinham média prioridade e fluxos provindos de acompanhamento de pacientes em situação normal tinham baixa prioridade. O algoritmo proposto obedeceu os seguintes critérios:
• Aloca largura de banda mínima para conexões de ambulância;
• Aloca largura de banda mínima para conexões de clínica, contudo, a soma do total alocado para clínicas deve ser menor que um limite T definido pelos autores, reservado para o fluxo de menor prioridade;
• Aloca largura de banda mínima para conexões de acompanhamento de pacientes. A reserva de banda para este fluxo (limite T) é definido de acordo com o número de clínicas e pacientes);
• Se o requerimento é satisfeito admite-se conexão, caso contrário, rejeita-se a conexão. A avaliação da qualidade de serviço consistiu principalmente na verificação do atraso médio de transferências de imagens e probabilidade de bloqueio de conexões. Para simulação do atraso médio, foi fixado o número de conexões de menor prioridade, enquanto os fluxos de ambulância e clínicas foram variando gradativamente. Esse primeiro experimento confirmou um aumento do atraso de transmissões com o aumento do número de conexões, porém os requisitos mínimos de QoS foram garantidos para voz e vídeo. No segundo experimento foi verificada a probabilidade de bloqueio das conexões de clínica e de acompanhamento de usuários, já que o algoritmo estabelecia probabilidade de bloqueio igual a zero para as co- nexões de ambulâncias. Neste caso, foi assumido que a chegada das conexões seguiam uma
3.2 Transmissão de sinais vitais com provisão de QoS em redes sem fio 33
distribuição de Poisson2. A simulação mostrou que, aumentando o valor de banda reservada (T) para o fluxo de menor prioridade, havia um aumento de probabilidade de bloqueio para conexões de clínicas e uma consequente redução de probabilidade de bloqueio para o fluxo de acompanhamento de pacientes.
Em (ZVIKHACHEVSKAYA; MARKARIAN; MIHAYLOVA, 2009) os autores apresen- taram um esquema de handover baseado em priorização para serviços médicos em redes sem fio com o objetivo de provisionamento de QoS da rede. A técnica de handover apre- sentada neste trabalho, além de ter sido baseada em priorização, também utilizava o recurso de reserva de banda, assim como adotado em (NIYATO; HOSSAIN; DIAMOND, 2007). A Tabela 3.3 apresenta os requisitos mínimos de QoS para aplicações médicas considerados pelos autores nos experimentos.
Tabela 3.3: Requisitos de QoS para transmissão de biosinais (VERGADOS; VERGADOS; MAGLOGIANNIS, 2006)
Sinal Frequência do sinal (Hz) Frequência de amostragem (Hz) Resolução (bits) Largura de banda (b/s)
ECG 250 1250 12 15000
Pulso 5 25 24 600
Taxa de O2 10 50 16 800
Temperatura 1 5 16 80
O protocolo 802.11 foi utilizado no cenário de simulação e a avaliação de desempenho consistiu na verificação de probabilidade de bloqueio de conexões e atraso médio de transfe- rência de imagens. No primeiro cenário foram considerados dois fluxos: fluxo de ambulância (alta prioridade) e fluxo de acompanhamento de pacientes (baixa prioridade). Para garantir que as ambulâncias possuíssem prioridade de conexão, a probabilidade de bloqueio foi con- dicionada a zero. Após simulação, observou-se que a utilização de reserva de largura de banda (T) para o fluxo de baixa prioridade implicava significativamente na probabilidade de bloqueio: o aumento da reserva resultava em diminuição da probabilidade de bloqueio de chamadas. No segundo cenário, acrescentou-se um fluxo de prioridade média (clínicas) e foi verificado o atraso médio de transferência de imagens da ambulância para duas e três cone- xões de clínicas respectivamente. Os resultados da simulação mostraram que o atraso nas transmissões cresceram com o número de clínicas envolvidas e com o aumento de conexões de baixa prioridade.
2A função de probabilidade Poisson é utilizada para modelar a contagem do número de ocorrências de